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update vom 15.10.2001

Subglottale Welle und Registerübergänge (Passagi)

In einem aktuellen Artikel widerruft I.R. Titze die in seinem Buch Principles of Voice Production beschriebene Hypothese, daß die subglottale Schallwelle den Registerbruch von Modal- zu Falsettregister auslösen könnte. Dazu ein kurzer Überblick über die Argumentation zu diesem Thema (Literaturangaben im Text) und ein Vorschlag, wie Sie dazu eigene Erfahrungen mit Ihrer Stimme sammeln können.

Die Hypothese
Der Übergang vom Modalregister (Bruststimme) in das Falsett (Kopfstimme) wird oft unabhängig vom Stimmfach in der Region um E4 (e´) gefunden. Das gab Anlaß zur Hypothese, daß ein von Geschlecht und Kehlkopfgegebenheiten weitgehend unabhängiger Mechanismus dabei eine Rolle spielen könnte. Als solcher wurde die Rückwirkung der subglottalen Schallwelle auf die Stimmlippenschwingung in Betracht gezogen.

I.R. Titze gibt dazu eine ausführliche Darstellung in seinem Buch Principles of Voice Production, Seite 262 ff. (Titze,I.R.: Principles of Voice Production, Prentice-Hall, Inc.,1994)

Der Mechanismus
Vereinfacht dargestellt könnte das so ablaufen: Unter der Glottis entsteht bekanntlich eine Schallwelle die sich nach unten in die Luftröhre ausbreitet. Vor allem Stellen mit unstetiger Querschnittsänderung können dabei erhebliche Reflexionen der Welle bewirken, so daß der subglottale Bereich als Resonator wirken kann. Die Bifurkation der Bronchien könnte beispielsweise einen Reflexionsbeitrag liefern.

Folgender Mechanismus ist denkbar: direkt nach dem Schluß der Stimmlippen läuft die Luft, die kurz zuvor noch kräftig nach oben strömen konnte unter der Glottis auf. Dies führt zu einer plötzlichen Verdichtung und damit zu einem sprunghaften Druckanstieg. Dieser ist die Quelle einer pulsförmigen Druckwelle, die nach unten läuft. Sie wird reflektiert und kommt wieder zur Glottis zurück. So entstehen schnelle Luftdruckschwankungen unterhalb der Glottis. Besteht dort in einem Moment, in dem die Glottis gerade öffnet, Überdruck, so unterstützt dieser die Phonationsschwingung, indem er aufdrückend wirkt und somit Energie an die Stimmlippenbewegung abgibt. Die Phonation ist leicht möglich. Kommt es zu Überdruck in einem Moment, in dem die Glottis schließt, behindert er die Schwingung der Stimmlippen. Die insgesamt resultierende Wirkung hängt davon ab, wie sich die Stimmlippen in der Zwischenzeit -nach dem Schluß- weiterbewegt haben. So gibt es je nach Dauer der Schwingungsperiode (Grundfrequenz/Tonhöhe) der Stimmlippen mehr oder weniger starke Unterstützung oder Behinderung der Schwingung durch die subglottale Welle. Eine Behinderung resultiert in einer kleineren Schwingungsamplitude der Stimmlippenschwingung, eine Unterstützung in einer größeren. Der Unterschied wird auf etwa einen Faktor 2 geschätzt.

Die Auswirkung
Auf S. 266 seines Buches gibt Titze an, welche Töne (Grundfrequenzen) dadurch eher unterstützt und welche behindert werden. Wer ein wenig mit seiner Stimme experimentiert, kann diesen Daten womöglich -wie der Autor- etwas abgewinnen. Unter der Annahme einer Mittenfrequenz des subglottalen Formanten von 510 Hz (circa C5) werden folgende Töne unterstützt: G6, D 4, D3 und folgende behindert: C5, G3 (berechnet aus den Frequenzangaben in Fig. 10.9 des Buches). Von unten nach oben gehen wechseln sich also gut und weniger gut funktionierende Tonregionen ab. Titze schreibt von "involuntary register changes", die den "passagi" der altitalienischen Stimmterminologie entsprechen.
Anhand biomechanischer Überlegungen zur Stimmlippenschwingung wird davon ausgegangen, daß die unterstützten Töne besonders gut im Modalregister ansprechen, die "behinderten" könnten bei wenig geführter Stimme eher zu falsett-naher Funktion tendieren. Somit ist ein Registerumschlag zwischen D4 (Modaltendenz) und C5 (Falsetttendenz) erklärbar. Eine genauere Analyse zeigt, daß er näher an D4 als an C5 liegen sollte. Wir schätzen die Umschlagstelle für die angegebene Lage der subglottalen Resonanz circa bei E4.

Es läßt sich nicht verhehlen, daß die Erklärung der Unterstützung oder Behinderung der Stimmlippenschwingung durch die subglottale Welle -vor allem im Brustregister- recht einleuchtend ist, die Ausführungen, die daraus den Registerbruch um E4 ableiten aber nicht leicht nachzuvollziehen sind.

Die genaue Lage der Umschlagstelle ist individuell verschieden. Sie ist umso höher zu erwarten, je geringer die Abmessungen des subglottalen Systems sind. Bei einer Frequenz des subglottalen Formanten von 600 Hz (bei circa 20% kleineren Körpermaßen) verschöben sich die als unterstützt/behindert angegebenen Töne jeweils um etwa eine große Terz nach oben.

Vorschlag zum Test mit der eigenen Stimme
Die Aussagen haben erheblichen Praxisbezug, also liegt es nahe, mit der eigenen Stimme diesbezüglich ein wenig zu experimentieren.

Zunächst wäre festzustellen, wo der Registerbruch liegt. Dazu versuche man ein möglichst unkontrolliertes Glissando über die fragliche Stelle um E4 hinweg. Von oben her im Falsett (Kopfstimme) beginnen, von unten her im Modalregister (Bruststimme). Ergibt sich ein Bruch, stelle man die zugehörige Tonhöhe fest. Bewährt hat sich das Verfahren: das Intervall zwischen dem Startton und dem Ton des beginnenden Brechens festzustellen. Nach dem Brechen geht es i.a. rasant auf/abwärts, das Geschehen ist so schnell, daß es ohne Hilfsmittel kaum zu verfolgen ist. Die Bruchstelle mag je nach Glissandorichtung etwas verschieden sein und auch vom Vokal abhängen. Bezeichnen wir das Intervall des Bruchstellentones zu FIS4 als Intervall X, so wäre nun folgendes zu testen. Funktioniert die Stimme auf D3+Intervall X, DIS4+Intervall X und G6+Intervall X leichter als in der direkten Umgebung dieser Töne, oder nicht? Auf G3+Intervall X und C5+Intervall X sollte sie eher weniger leicht funktionieren. Natürlich sollten Sie nur die gut erreichbaren Töne testen. Achten Sie auch darauf, ob in einer Region des "leichter Funktionierens" vor allem eine brusttonige Stimmgebung unterstützt wird, in einer Region des "weniger leichten Funktionierens" eine falsettnahe Stimmgebung besser funktioniert als eine brustige. Wie gesagt: Beurteilen Sie die "Leichtgängigkeit" nicht absolut, sondern in Bezug auf die direkte Tonumgebung (ca +-drei Halbtöne).

Für Männerstimmen heißt das insbesondere: vergleichen Sie die Töne D3, G3, D4 (jeweils ggf. + Intervall X). Als Vokal schlagen wir "a" vor, damit die Vokalformanten nicht zu sehr einen der Töne favorisieren. Ist G3 schwächer, vor allem weniger bruststimmig als die anderen beiden Töne? Natürlich ist zu berücksichtigen, daß mit steigender Tonhöhe eh die Tendenz zum Kopfstimmigen zunimmt. Möglicherweise haben Sie aber den Eindruck, daß um G3 auf dieser Entwicklungslinie zusätzlich eine besondere Tendenz zum Kopfstimmigen (bzw eine gewisse Schwergängigkeit des Bruststimmigen) vorliegt. Dies könnte dann durch die subglottale Resonanz bedingt sein. Für Männerstimmen bietet es sich auch an, im Falsett die Töne zu testen. Vorteil: die "natürlichen" Phänomene treten umso unverhüllter auf, je weniger gewohnt die Stimmgebung ist.

Hinweis: singen sie kräftig, ohne aber zu drücken, oder sich anzustrengen. Je lauter Sie singen, umso kräftiger dürfte die Wirkung der subglottalen Welle sein.

Für Frauenstimmen bietet sich das analoge Vorgehen auf den Tönen D4-C5-G6 an. Allerdings ist in dieser Lage mit größeren Störungen der Untersuchung durch supraglottale Resonanz zu rechnen. Ein Vorschlag um dies zu minimieren ist: D4-C5 als Paar zu vergleichen auf dem Vokal "o:" (wie in Boot) und zwar möglichst wie gesprochen, also ohne sängerische Angleichung (kein Formant-Tuning).

G6 dürfte i.a. nicht so ohne weiteres als Übungsgebiet in Frage kommen. Was noch zu probieren wäre: ist es auf C5 schwieriger, vollklingend (mit Anklang an Bruststimme bzw einem gewissen "ringing") zu singen als auf der Linie von D4 nach oben eh zu erwarten ist? Dann könnte das durch die subglottale Resonanz bedingt sein. Falls Ihnen die Vorstellung von "bruststimmig" oder "ringing" nicht geläufig ist, können Sie vielleicht mit der Idee eher flötig (entsp. Kopfstimmtendenz) oder eher geigenähnlich (entsp. Bruststimmtendenz) etwas anfangen.

Anmerkung: Die Unterstützung von G6 ist eh nicht sehr ausgeprägt zu erwarten. Andererseits erscheint es durchaus sinnvoll, in der höheren Lage eine Auswirkung des zweiten (höheren) subglottischen Formanten (ca 1400-1600HZ, also etwa bei FIS6) zu vermuten. Er würde gerade G6 - da direkt bie FIS6 gelegen- behindern. Übernimmt man die Betrachtung der von ihm unterstützen Töne unmodifiziert von der für den ersten Formanten, so könnte eine Unterstützung für GIS5 (ggf. etwas höher wegen kürzerer Schlußdauer als 50%) resultieren, bei einer Behinderung von CIS5. Die Region C5/CIS5 wäre also von beiden subglottalen Formanten her geschwächt.

Hinweis: Betrachten Sie die angegebenen Töne und die Intervalle zwischen ihnen nicht als unbedingt verbindlich. Gerade bei mehr Kopfstimmanteil kann der Öffnungsquotient der Stimmlippenschwingung (Verhältnis von Öffnungsdauer innerhalb einer Periode zur Gesamtdauer einer Periode) kleiner werden als der für die Bestimmung der unterstützten bzw behinderten Töne benutzte Wert von 50%. Beachten Sie auch, daß gut singbare und weniger gut singbare Töne sehr eng nebeneinander liegen können.

Hinweis: Denken Sie daran, daß Sie gerade mit einer gut ausgebildeten Stimme das Phänomen intuitiv glätten oder weitgehend eliminieren könnten. Sie werden sicher zustimmen, daß gerade dies zeigt, daß es unter gesangspädagogischen Gesichtspunkten wichtig ist, sich damit zu beschäftigen.

Möglicherweise finden Sie solche mehr oder weniger gut funktionierenden Töne. Wahrscheinlich werden sie nicht unbedingt mit dem oben angegebenen Raster (Ton + Intervall x) zusammenfallen, was gegen die These spräche, daß der Registerübergang durch dieses Pähnomen ausgelöst wird. Ohne apparativ unterstützte Messungen sollte man den eigenen Erfahrungen keinen verbindlichen Beweiswert zuordnen. Andererseits kann jeder von der eigenen Körper- und Stimmwahrnehmung her sich ein Bild machen, wie diese Ausbildung von Vorzugstönen und der Registerübergang zusammenwirken.

Es ist auch zu berücksichtigen, daß die Berechnung der unterstützten/behinderten Töne auf der Annahme beruht, daß der Öffnungsquotient bei allen Tönen derselbe sei (siehe dazu auch zwei Abstätze tiefer). Dies ist bei Tönen, die weit auseinanderliegen, nicht anzunehmen.

Kann man nun eigentlich an der Lage der subglottalen Resonanz etwas ändern? Es ist anzunehmen, daß durch die Höheneinstellung des Kehlkopfes ein Einfluß möglich ist. Höhere Kehlkopfstellung würde zu etwas tiefer liegender Resonanzfrequenz führen und umgekehrt entsprechend. Allerdings erweist sich die Idee, die vorgestellten Experimente mit willkürlich veränderter Kehlkopfstellung auszuführen als problematisch. Zum einen führt die Änderung der Kehlkopfposition zu einer Reihe anderer Auswirkungen, zum anderen dürfte ein cm Höhenänderung nur ca eine Resonanzverschiebung von grob geschätzt höchstens einem Halbton bewirken. Wir raten dringend ab, ohne fundierte Kenntnisse Experimente in dieser Richtung zu unternehmen.

Kann man Einfluß darauf nehmen, wie stark die subglottale Welle auf die Stimmlippenschwingung einwirken kann? Dies ist sicher möglich durch die Art der Stimmlippenschwingung. Dabei spielt der Öffnungsquotient (siehe oben) eine entscheidende Rolle. Für die Berechnungen in Titzes Buch wurde von 50 % ausgegangen. Wäre die Dauer beispielsweise 60%, würden die Stimmlippen erst etwas später öffnen und die Rückwirkung des Schalles im subglottalen Raum auf die Stimmlippenschwingung würde jetzt natürlich dementsprechend anders ausfallen (siehe oben unter Mechanismus). Dazu kommt, daß die subglottale Welle je nach Art der Stimmlippenschwingung mehr oder weniger stark ausfällt. Bei sehr schnellem Verschluß ist mit einer starken subglottalen Welle zu rechnen. Die Welle ist ebenfalls stark, wenn die subglottale Resonanzfrequenz einem Teilton (Grundton oder Oberton) des gesungenen Tones entspricht. Bei einer subglottalen Resonanz auf C5 (523 Hz), wäre das auf den Tönen C5, C4, F3, C3, AS2, F2, D2, C2 ... (der Untertonreihe entsprechend). Wenn sie jedoch gemäß obiger Theorie ihre eigene Quelle behindert, etwa auf C5 (zumindest bei 50% Öffnungsquotient/ bei kopfstimmiger Intonation dürfter er kleiner ausfallen), fällt sie entsprechend weniger stark aus. C4 ist andererseits ein Kandidat für eine sehr starke subglottale Welle, hier wird sie gut angeregt (Teilton 2 entspricht der Resonanzfrequenz) und C4 liegt so an dem Ton D4, auf dem die Stimmlippenschwingung optimal unterstüzt wird, daß auch hier noch eine gute Unterstützung erwartet werden kann (siehe Fig. 10.10 in Titzes Buch). Jedenfalls sollte um C4-D4 maximale positiv wirkende subglottale Resonanz vorliegen. Ein solcher "subglottaler Schokoladenton" kann je nach individueller Lage der subglottalen Resonanz auch ein paar Halbtöne höher oder tiefer liegen. Praxisbezug: Für Frauenstimmen, insbesondere der höheren Lage, liegt hier ein interessanter Aspekt für die Arbeit an tiefen Tönen vor. Generell könnte man sich vorstellen, daß durch optimale Registermischung (Einstellung des Öffnungsquotienten) die positiven subglottalen Rückwirkungen genutzt, die negativen umgangen, zumindest gemildert, werden können.

Der Widerruf der These
In einer neueren Arbeit widerrufen Spencer und Titze nun die oben dargelegte Hypothese (Spencer,M.L., & Titze, R.I.: An investigation of a modal-falsetto register transition hypothesis using helox gas, 2001 Journal of Voice,15,15-24).

Die Autoren berichten von Experimenten mit Helox-Gas. Dies ist eine Gasmischung aus Helium und Sauerstoff. In ihr ist die Schallgeschwindigkeit höher als in Luft. Wenn nun der subglottale Raum mit diesem Gas gefüllt ist, sind die Laufzeiten des Druckpulses entsprechend kürzer, und der Einfluß auf die Stimmlippenschwingung müsste sich bei entsprechend höheren Schwingungsfrequenzen als Bruchphänomen zeigen. Bei den Experimenten mit vier Sängern wurden zwar Änderungen der Bruchstellenlage im Vergleich zwischen Helox und Luftatmung gemessen. Diese fielen nur bei einem Probanden andeutungsweise wie erwartet aus. Nach den Regeln der statistischen Auswertung mußte die Hypothese verworfen werden.

Und nun?
Eigentlich schade, daß es demnach nichts war, mit dieser Hypothese - so ganz ohne ein Körnchen Richtigkeit ist sie ja womöglich nicht. Allerdings bleibt für die Befürworter noch ein Fünkchen Hoffnung. Die akustische Impedanz des Helox-Gases ist erheblich geringer als die von Luft (fast um einen Faktor 2). Etwas unfachlich gesagt: Helox ist wesentlich leichter als Luft und auch "akustisch leichter beweglich". Schallwellen in Helox "schlagen" weniger kräftig gegen die Stimmlippen als solche in Luft und dürften auch von vornherein bei der Entstehung unter der Glottis weniger Energie aufnehmen. Es ist schade, daß die Autoren dies in ihrem Artikel nicht diskutieren. Schließlich könnte die geringere Rückwirkung des subglottalen Schalles auf die Stimmlippenschwingung den weitgehend negativen Befund erklären.

Nachdem die Frage des Einflusses der subglottalen Welle auf die Register schon lange diskutiert wird, und einige seriöse Publikationen (u.a. auch von Titze) vom Einfluß der subglottalen Welle auf die Stimmlippenschwingung berichten, scheint auch jetzt vieles noch offen. Man sollte also nicht das Kind mit dem Bade ausschütten. Eine Rückwirkung der subglottalen Welle auf die Bewegung der Stimmlippen ist sicher anzunehmen und ihre Größenordnung kann zumindest beim Singen durchaus bedeutsam sein. Die Registerübergänge scheinen vor allem mit den verschiedenen Schwingungsmoden der Stimmlippen zusammenzuhängen, insbesondere mit dem Erreichen einer oberenen Spannungsgrenze im Vokalis (beim Singen von unten nach oben). Nachdem sie recht gut wahrnehmbar durch die supraglottalen Verhältnisse (den jeweiligen Vokal) beeinflußt werden können, ist es unwahrscheinlich, daß die subglottale Resonanz auf sie keinen Einfluß nimmt. Daß sie allein auslösend ist, ist so gut wie auszuschließen.

Festzustellen, unter welchen Bedingungen diese Resonanz praxisbezogen eine bedeutsame Rolle spielt, ist offensichtlich eine größere Aufgabe- jedenfalls aber ein Musterübungsfeld, um die Chancen gesangspädagogisch-vokologischer Kooperation weiter auszuloten.

Literaturtip:

Es gibt eine experimentelle Arbeit, die sehr deutlich zeigt, wie groß die Druckschwankungen unter den Stimmlippen bei einem professionellen Bariton sind:

Schutte,H.K., Miller,D.G.: Resonanzspiele der Gesangsstimme in ihren Beziehungen zu supra- und subglottalen Druckverläufen: Konsequenzen für die Stimmbildungstheorie. Folia phoniatrica, 40:65-73(1988)

Beispiel (nach Abb.4 dieser Publikation): Auf F3 , Vokal "o" ist der mittlere subglottale Druck etwa 22 cm H₂O, die Schwankung durch die subglottale Resonanz resultiert in einem Druckunterschied (zwischen maximalem und minimalen Wert) von ca 15 cm H₂O. Ähnlich große Druckschwankungen ergeben sich oberhalb der Glottis durch die supraglottale Resonanz.

Aufgrund dieser starken Schwankungen relativ zum mittleren "Antriebsdruck" ist davon auszugehen, daß der Schall oberhalb und unterhalb der Stimmlippen ebenso deren Bewegung wie auch den durch die Glottis durchtretenden Luftstom (der i.a. als "Schallquelle" angesehen wird) mitprägt. Die "Quelle" arbeitet also nicht unabhängig von ihrer Umgebung.

Die Elektroglottogramme (EGG) der Abb. 5 derselben Arbeit zeigen übrigens sehr klar, wie verschieden die Stimmlippenschwingung bei verschiedenen Vokalen auf demselben Ton (C4) ausfallen. (Das EGG gibt Aufschluß über den zeitlichen Verlauf der Kontaktfläche der geschlossenen Stimmlippen.)

Die zitierte Arbeit darf wohl als eine der interessantesten und wichtigsten Publikationen experimenteller Daten der neueren Stimmforschung angesehen werden.

Anmerkung zum Körperschall:

Die subglottale Welle hat natürlich einen erheblichen Anteil an der Ausbildung des im Körper fühlbaren Schalles. Sie ist sozusagen komplementär zum Schall oberhalb der Glottis (in dem Moment, wo dort ein Druckminimum entsteht, entsteht unter der Glottis ein Maximum) und ist durch andere Resonanzen geprägt.

Wir werden demnächst näher darauf eingehen, wie die subglottale Resonanz auch stimmpädagogisch verwandt werden kann und dabei auch die Rückwirkungen der supraglottalen Resonanzen (im Ansatzrohr, bzw Vokaltrakt) einbeziehen.

Im Bereich FAQ/DISKUSSION (Link "zum Thema Subglottale Welle") finden Sie bereits jetzt praktische Tips, wie Sie Ihren "Schokoladenton" finden können.